СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ Российский патент 2014 года по МПК C02F9/12 C02F1/28 C02F1/56 C02F1/76 C02F103/04 

Изобретение относится к области обработки воды, в частности к многостадийной обработке воды, и может быть использовано для получения питьевой воды путем очистки природных поверхностных и подземных вод.

Совершенствование методов обеззараживания питьевой воды в настоящее время развивается по следующим основным направлениям: модернизация систем хлорирования (оптимизация конструкции контактных резервуаров, применение установок для получения диоксида хлора и электролитического гипохлорита натрия непосредственно на месте использования); озонирование; ультрафиолетовое облучение.

Общеизвестна физико-химическая технология водоподготовки, включающая коагулирование, отстаивание, фильтрование и хлорирование. Традиционные технологические схемы водопроводных станций включают стадию реагентного обеззараживания. Как правило, в качестве обеззараживающих агентов используются хлор либо его соединения (диоксид хлора, хлорная известь, гипохлорит натрия). Типовые препараты для дезинфекции - хлорактивные соединения, поставляются промышленностью в расфасованном виде и разводятся в момент целевого применения в соответствующей, рекомендованной санитарно-гигиеническими нормами, концентрации в пресной воде. Вместе с тем за последние 10-15 лет выявлено негативное влияние хлорированной водопроводной воды на здоровье человека. Это вызвано наличием токсичных хлорорганических соединений, образующихся при взаимодействии органических загрязнений обрабатываемой воды с хлором и обладающих мутагенной и канцерогенной активностью. Опасность ситуации усугубляется тем, что в связи с практически повсеместным антропогенным и техногенным загрязнением воды в источниках водоснабжения дозу хлора при обеззараживании воды приходится увеличивать, а это, помимо образования токсичных соединений, ухудшает вкус и запах воды. При оценке существующих технологий обеззараживания необходимо также учитывать, что перевозки на значительные расстояния и постоянное хранение больших количеств хлора служат источником экологической опасности для близлежащих населенных пунктов. Основной недостаток вышеперечисленных препаратов в том, что они являются долговременно действующими экологически грязными и токсичными препаратами как для человека, так и для биоценозов окружающей среды, они оказывают вредное воздействие на человеческий организм и окружающую среду [Hileman В. Cancer risk found from water chlorination. // Chem. and Eng. News, 1992, v.70, 28, pp.7-8].

Известен способ получения питьевой воды, описанный в патенте России №2220115, опубликованном 26.12.2002 г. Способ включает обеззараживающую обработку исходной воды, реагентную обработку коагулянтом-сульфатом алюминия и флокулянтом, осветление, фильтрование через кварцевый песок, сорбцию на активированном угле, вторичное обеззараживание гипохлоритом натрия, обеззараживание исходной воды осуществляют ультрафиолетовым облучением с дозой ультрафиолета 30 мДж/см², кроме того, в качестве флокулянта используют полиакриламид в количестве 0,05-0,2 мг/дм³, а осветление осуществляют пропусканием воды через слой пенопластовых кубиков или вспененный полистирол, фильтрование осуществляют через кварцевый песок с крупностью зерен 0,3-1,5 мм и гравий от 2 до 32 мм, сорбцию осуществляют на гранулированном активированном угле с крупностью зерен 0,5-5 мм.

Недостатком данного способа является то, что для его осуществления используют долговременно действующие экологически грязные и токсичные препараты, как для человека, так и для биоценозов окружающей среды, они оказывают вредное воздействие на человеческий организм и окружающую среду.

Общим недостатком способов озонирования и ультрафиолетового облучения является отсутствие консервирующего эффекта и, следовательно, возможность последующего инфицирования воды, что повсеместно наблюдается в практике систем водоснабжения. Кроме того, эффективность обеззараживания ультрафиолетовым облучением в значительной степени зависит от прозрачности, цветности обрабатываемой воды и концентрации взвешенных веществ. Применение ультрафиолетового излучения лимитируется повышенными требованиями по цветности и мутности воды, а также существенный недостаток в том, что им формируются токсичные продукты фотолиза, например образование нитритов из нитратов. Поэтому простое аппаратное решение данного процесса, при котором вода однократно протекает вблизи ультрафиолетовой лампы, возможно только для подземных вод высокого качества (см., например, [Von Sonntag С, Schuchmann Н. - Р. UV disinfection of drinking water and by-product formation - some basic considerations. // Aqua, 1992. V.41, 2, pp.67-74]).

Способы обеззараживания с применением озона О₃ чрезвычайно токсичны и требуют особо надежного оборудования и специальных датчиков обнаружения его утечек, эффективность использования из-за утечек составляет 95-96%. Озон эффективно убивает микромицеты и дрожжи, но не полностью подавляет микрофлору, причем при наличии брома в примесях образуются вредные продукты (броматы). Также еще не полностью выяснена оценка потенциала генотоксичности и мутагенности продуктов озонирования в воде, кроме того, при озонировании резко увеличивается скорость коррозии труб в водопроводной сети [Апельцина Е.И., Алексеева Л.П., Горячева Н.А. Озонирование при подготовке питьевой воды.// Жил. и коммун, х-во. 1993. 7. С.40-41].

Хорошо известны и широко применяются каталитические фильтры с химически активной поверхностью, на которой происходят реакции разложения примесей. Они могут производить очистку от растворенных примесей, а также от взвешенных твердых частиц. Однако срок службы каталитических фильтров ограничен, т.к. примеси вступают в реакцию с химически активной поверхностью, меняя ее свойства ("отравление" катализатора). Кроме того, поры фильтра забиваются твердыми макро- и микрочастицами. В результате через определенное время работы необходимо менять картридж фильтра на новый, что требует значительных затрат.

Хорошо известны и широко применяются механические фильтры, очищающие воду от твердых макро- и микрочастиц. Поры механического фильтра также забиваются микрочастицами, но в принципе можно не менять картридж фильтра на новый, а промывать (продувать) фильтр, например, сжатым воздухом, что значительно повышает срок службы фильтра и снижает эксплуатационные расходы. Это, правда, требует специальных устройств. Очевидно, что механические фильтры не очищают воду от растворенных примесей, что является серьезным недостатком. Другим недостатком является то, что в объеме фильтра часто создаются условия для размножения патогенных микроорганизмов, которые в больших количествах могут поступать в очищенную воду.

Известен способ и устройство для обеззараживания и очистки воды в электролизере, описанные в патенте России №2040477, опубликованном в 1992 г. В способе исходная вода от напорного источника фильтруется от механических примесей в механическом фильтре и пропускается через электролитическую камеру, разделенную пористой перегородкой на анодное и катодное пространство. Часть воды проходит только через катодное пространство, остальная часть - только через анодное пространство. Электролиз разрушает растворенные в воде примеси - нитриты, нитраты, фенолы и другие компоненты, превращает ионы токсичных металлов в окислы (которые, правда, выпадают в осадок и остаются в воде), выводит из раствора хлор, т.е. вода в значительной мере очищается от и обеззараживается.

Эта система имеет ряд недостатков. На выходе системы стоит каталитический фильтр, требующий периодической замены катализатора. Механический фильтр также может забиваться примесями и приводить к залповым выбросам микроорганизмов, т.е. он также требует периодической замены. Генерация осадка на электродах требует их достаточно частой очистки и периодической замены.

Известен способ водоподготовки, описанный в патенте России №2088539, опубликованном в 1995 г. Исходная вода от напорного источника фильтруется от механических примесей в фильтре и пропускается через электролитическую камеру, разделенную пористой перегородкой на анодное и катодное пространство. Проходя через электролитическую камеру, вода обеззараживается. Электролиз разрушает в воде нитриты, нитраты, хлор, фенолы и другие компоненты, превращает ионы токсичных металлов в окислы, т.е. вода в значительной мере очищается от растворенных примесей.

Вода может также получать улучшенные значения рН и ОВП. В электролитической камере часть воды проходит через анодное пространство (такая вода называется анолитом) и обеззараживается, она может применяться в качестве дезинфицирующего раствора. Однако такая вода по своим характеристикам кислотности и окислительно-восстановительного потенциала рН и ОВП совершенно не соответствует внутренней среде человека, она неблагоприятно влияет на микрофлору кишечника, что препятствует использованию такой воды как питьевой. Вода, прошедшая через катодное пространство (такая вода называется католитом), также обеззараживается, при одних режимах тока и расхода она может быть оптимизирована для получения моющих растворов, при других сделана ближе по рН и ОВП к внутренней среде человека, чем анолит и чем исходная вода. Из католита в значительной мере удаляются растворенные примеси: одна их часть (в основном органические вещества) разлагается полностью, а другая преобразуется в твердую фазу и выпадает в осадок, формируя налет на стенках и мелкодисперсную взвесь. Если допускается минерализация (подсоление) получающейся воды, то для снижения энергозатрат на обработку в электролитической камере путем снижения электрического сопротивления воды в прототипе ее подсаливают перед входом в электролитическую камеру. В случае получения питьевой воды значительная минерализация нежелательна.

Существенным недостатком данного способа является то, что растворенные в исходной воде вещества (в т.ч. соли тяжелых металлов) хотя и выпадают в осадок, но не удаляются из воды и в виде мелкодисперсной взвеси могут попадать в организм. Радиоактивные примеси при этом не теряют своей поражающей способности. Следует отметить также, что мелкодисперсная взвесь химически пассивных микрочастиц может быть опасна для человеческого организма, вызывая функциональное поражение иммунной системы.

Другим недостатком является возможность вышеупомянутого размножения микроорганизмов в фильтре. Эти микроорганизмы интенсивно размножаются и выделяют в воду продукты своей жизнедеятельности - токсины, которые обладают значительной токсичностью. Все это может вызывать неприятный запах и служить источником отравления и заражения, особенно при пуске устройства после длительного перерыва, когда смывается наросшая микрофлора, и происходит ее залповый выброс, а обеззараживание в катодном пространстве может быть недостаточным для этого экстремального случая.

Известен способ обработки воды, описанный в патенте России №2208590, опубликованном 15.10.2001 г., включающий в режиме обработки воды: фильтрование исходной воды в первом фильтре, электрообработку воды постоянным током в катодном пространстве первой электролитической камеры, разделенной пористой перегородкой на анодное и катодное пространство, направление части потока католита на электрообработку в анодном пространстве первой электролитической камеры, управление распределением потоков католита с помощью вентиля и удаление обработанного католита и анолита. В данном способе, в отличие от предыдущего, меняется схема обработки воды: дополнительно в режиме обработки воды перед удалением католита производится фильтрование католита во втором фильтре и электрообработка католита постоянным током в катодном пространстве второй электролитической камеры, анолит из первой электролитической камеры направляется в анодное пространство второй электролитической камеры. Во-вторых, дополнительно после осуществления режима обработки воды осуществляется режим эвакуации, при котором очищаются от механических загрязнений первый и второй фильтры. В-третьих, дополнительно после осуществления режима эвакуации осуществляется режим консервации, при котором дезинфицируются и очищаются от осадка внутренние смачиваемые поверхности устройства.

Дезинфицировать и очищать от осадка внутренние смачиваемые поверхности устройства можно путем заливки аналита во внутренние объемы гидравлической системы. Конечно, можно делать это вручную, например, собирать в режиме обработки воды аналит в емкость, сливать воду из системы в режиме эвакуации и в режиме консервации погружать в нее всю систему. Однако удобнее для потребителя автоматизировать этот процесс. Для этого в режиме обработки воды перед удалением обработанной воды аналит из второй электролитической камеры можно направлять в накопительный бачок, а в режиме консервации заливать аналит из накопительного бачка по крайней мере в те внутренние объемы, которые в режиме обработки воды заполнены исходной водой и каталитом (остальные объемы и так заполнены аналитом). Перед заливкой аналита в режиме эвакуации нужно слить воду из этих объемов.

Очищать первый и второй фильтры можно путем их продувки водой и/или воздухом. Продувку можно осуществлять и демонтировав фильтры. Однако пользователям было бы удобнее, если эта процедура происходила бы без демонтирования системы и была бы автоматизирована. Для этого продувать фильтры можно прошедшей через фильтры водой и сжатым воздухом, удаляя загрязнения из системы вместе с этой водой и воздухом. Для этого необходимо приготовить сжатый воздух, например, направляя в режиме обработки воды по крайней мере часть исходной воды от напорного источника в один общий воздушный бачок или в два различных воздушных бачка, по одному на фильтр. Очищать фильтры можно, например, в режиме эвакуации путем продувки прошедшей через фильтры водой и сжатым воздухом из указанного воздушного бачка (бачков).

Чтобы выдерживать оптимальный режим обработки при возможных перепадах давления в напорном источнике можно в режиме обработки воды перед электрообработкой в первой электролитической камере регулировать (ограничивать на заданном уровне) напор от напорного источника.

Для контроля за характеристиками получающейся питьевой воды можно дополнительно в режиме обработки воды перед удалением обработанной воды измерять значения рН и ОВП католита путем регистрации сигналов с измерительных электродов, установленных в измерительной камере и контактирующих с каталитом. Чтобы увеличить срок службы этих электродов, который ограничивается процессами на поверхности раздела электрод-жидкость, можно ограничить контакт измерительных электродов с каталитом перед удалением обработанной воды, например, осуществлять его путем заполнения измерительной камеры каталитом на время не менее времени инерционности процесса измерения и не более времени измерения (порядка 1 минуты), с последующей эвакуацией каталита из измерительной камеры.

Недостатком этого способа является многостадийность процесса и использование большого количества перекачивающих промежуточных емкостей, а также потребность в сжатом воздухе. Это затрудняет автоматизацию процесса.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототип выбран способ получения питьевой воды, описанный в патенте России №2220115, опубликованном 26.12.2002 г. Способ включает обеззараживающую обработку исходной воды, реагентную обработку коагулянтом-сульфатом алюминия - 26-62 мг/л и флокулянтом, осветление, фильтрование через кварцевый песок, сорбцию на активированном угле, вторичное обеззараживание гипохлоритом натрия до 19% активного хлора, обеззараживание исходной воды осуществляют ультрафиолетовым облучением с дозой ультрафиолета 30 мДж/см², кроме того, в качестве флокулянта используют полиакриламид в количестве 0,05-0,2 мг/дм³, а осветление осуществляют пропусканием воды через слой пенопластовых кубиков или вспененный полистирол, фильтрование осуществляют через кварцевый песок с крупностью зерен 0,3-1,5 мм и гравий от 2 до 32 мм, сорбцию осуществляют на гранулированном активированном угле с крупностью зерен 0,5-5 мм.

Недостатком данного способа является необходимость дополнительной дорогостоящей операции ультрафиолетового облучения обработанной воды. Кроме того, недостатком данного способа является то, что для его осуществления используют флокулянт - полиакриламид, являющийся долговременно действующим экологически грязным и токсичным препаратом как для человека, так и для биоценозов окружающей среды, они оказывают вредное воздействие на человеческий организм и окружающую среду.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности очистки воды, а именно получение экономичным и экологически безвредным методом, простым в аппаратурном оформлении качественной питьевой воды.

Технический результат достигается тем, что в заявляемом способе получения питьевой воды, включающим бактериальную обеззараживающую обработку исходной воды, реагентную обработку коагулянтом-сульфатом алюминия и флокулянтом, осветление, осуществляющее пропусканием воды через слой пенопластовых кубиков или вспененный полистирол, фильтрование, осуществляющее через кварцевый песок с крупностью зерен 0,3-1,5 мм и гравий от 2 до 32 мм, сорбцию, осуществляющую на гранулированном активированном угле с крупностью зерен 0,5-5 мм, по крайней мере, однократное хлорирование гипохлоритом натрия, содержащим до 19% активного хлора, согласно изобретению, бактериальное обеззараживание исходной воды осуществляют первичным хлорированием гипохлоритом натрия, содержащим до 19% активного хлора в количестве 0,9 - 1,3 мг/л, поляризационным током самоорганизации углеграфитовых электродов в оксигидратной среде алюминия в течение 50 минут с реагентной обработкой коагулянтом-сульфатом алюминия в количестве 1,8-2,5 мг/л, в качестве флокулянта используют органический коагулянт полидадмах серии FLOQUAT FL 45 в количестве 0,1-0,4 мг/л, вторичным хлорированием гипохлоритом натрия, содержащим до 19% активного хлора в количестве 3-8 мг/л.

За счет того, что бактериальное обеззараживание исходной воды осуществляют первичным хлорированием гипохлоритом натрия, содержащим до 19% активного хлора в количестве 0,9 -1,3 мг/л., поляризационным током самоорганизации углеграфитовых электродов в оксигидратной среде алюминия в течение 50 минут с реагентной обработкой коагулянтом-сульфатом алюминия в количестве 1,8-2,5 мг/л, в качестве флокулянта используют органический коагулянт полидадмах серии FLOQUAT FL 45 в количестве 0,1-0,4 мг/л, вторичным хлорированием гипохлоритом натрия, содержащим до 19% активного хлора в количестве 3-8 мг/л, повышается эффективность очистки воды, а именно повышение качества питьевой воды экономичным и экологически безвредным методом, простым в аппаратурном оформлении.

Способ получения питьевой воды соответствует критерию «новизна».

Совокупность отличительных признаков в способе получения питьевой воды также не известна из существующего уровня аналогичных способов, что говорит о соответствии критерию «изобретательский уровень».

Заявляемый способ получения питьевой воды может осуществляться на любом очистном сооружении, следовательно, он соответствует критерию «промышленная применимость».

Способ получения питьевой воды осуществляется с помощью технологической установки, представленной на фиг.1. В примере исполнения очищали воду реки Миасс Челябинской области на Сосновских очистных сооружениях.

В примере исполнения №1 взято воды 600 м³/час или 600000 л/час. Обрабатываемая вода под давлением насосов 1 подъема подается на барабанные сетки 2 для извлечения из воды крупных плавающих взвесей и далее через угольные фильтры 3 в контактный резервуар 4, где ее с хлораторной 5 хлорируют гипохлоритом натрия, содержащим до 19% активного хлора из расчета 1,3 мг/, и передают в смеситель 6, куда через пять минут с бака 7 коагулянта вводят коагулянт сульфат алюминия - 1,8 мг/л, на весь указанный объем воды - 1080000 мг.

Заготовку и дозирование осуществляют аппаратурой, размещаемой в специальном цехе дозирования. После смешения воды с коагулянтом она передается в камеру 8 хлопьеобразования, встроенную в отстойник 9. В свою очередь в камере 8 хлопьеобразования установлены углеграфитовые пластины 10 по всему объему камеры 8, соединенные параллельно через омическое сопротивление (соединены медными шинами). Расстояние между пластинами 5 см. Толщина плоских углеграфитовых пластин 2-3 мм. Вода подается в камеру 8 вдоль пластин или снизу вверх вдоль пластин со скоростью 1.5 мм/сек (СниП, водоснабжение наружные сети и сооружения СНиП 2.04.02-84).

В камере 8 хлопьеобразования протекает процесс коагулирования примесей воды, заканчивающийся формированием отдельных крупных агрегатов - хлопьев, которые в отстойнике 9 выделяются в осадок. В зависимости от производительности водоочистного комплекса применяют вертикальные или горизонтальные отстойники 9.

Коагулирование ускоряет процесс осаждения взвеси. Вводимый в обрабатываемую воду коагулянт должен быть хорошо и быстро перемешан с ней, для чего и служат смесители. При применении отстойника 9 вода из смесителя 6 поступает в камеру 8 хлопьеобразования, где обеспечиваются оптимальные условия для формирования хлопьев. Для ускорения образования хлопьев в воду добавляют флокулянт - органический коагулянт полидадмах серии FLOQUAT FL 45 в количестве 0,4 мг/л, указанный флокулянт имеет класс опасности 4, является малоопасным в отличае от флокулянта - полиакриламида прототипа, класс опасности которого 2 - высокоопасный (см. МУ 2.1.4.10600-01). Затем вода передается в отстойник 9, где хлопья осаждаются вместе с адсорбированными на их поверхности примесями воды (фиг.1).

При добавлении в качестве коагулянта сульфата алюминия идет гидролиз и образуется гидроокись алюминия Аl(ОН)_3.

Процесс взаимного слипания частиц, их укрупнения, называется коагуляцией, а реагенты, используемые для этой цели, называется коагулянтами. При обработке природных вод наибольшее распространение из коагулянтов получили сернокислые и хлористые соли алюминия и железа. При введении в воду сернокислого алюминия сначала происходит диссоциация соли:

$$A{l}_2{\left(S{O}_4\right)}_3\leftrightarrow 2A{l}^{3+}+3S{O}_4^{2-}$$ .

Трехвалентные катионы алюминия подвергаются затем гидролизу за счет гидроксильных ионов, находящихся в воде, образуя практически нерастворимую гидроокись алюминия (оксигидрат алюминия):

$$A{l}^{3+}+H^{+}+O{H}^{-}<<{\left[AlOH\right]}^{2+}+H^{+}$$ .

$${\left[AlOH\right]}^{2+}+H^{+}+O{H}^{-}<<{\left[Al{\left(OH\right)}_2\right]}^{+}+H^{+}$$ .

$$\frac{{\left[Al{\left(OH\right)}_2\right]}^{+}+H^{+}+O{H}^{-}<<Al{\left(OH\right)}_3+H^{+}}{A{l}^{3+}+3H_{2}O<<Al{\left(OH\right)}_3+3H^{+}}$$

Образующаяся гидроокись алюминия Аl(ОН)₃ в виде геля имеет весьма развитую поверхность и обладает адсорбционными свойствами, поэтому находящиеся в воде примеси сорбируются гидроокисью алюминия, в результате чего вода осветляется и обесцвечивается. В процессе коагуляции хлопья гидроокиси с прилипшими к ним примесями постепенно укрупняются, что облегчает их последующее выделение из воды.

В камере 8 хлопьеобразования между углеграфитовыми пластинами 10 в гелевой оксигидратной системе (оксигидрата алюминия) возникнет поляризационный наноток самоорганизации и возникнет дополнительное бактериальное обеззараживание воды.

Механизм воздействия заключается в следующем. Свободные, не связанные в ассоциаты молекулы воды присутствуют в воде лишь в очень небольшом количестве. В основном же вода, как показано исследователями, - это совокупность беспорядочных ассоциатов и «водяных кристаллов», где количество связанных молекул водородными связями может составлять сотни и даже тысячи единиц.

Подобные водные агрегаты могут иметь самую разную форму, как пространственную, так и двухмерную (в виде кольцевых структур). В основе геометрии этих образований лежит тетраэдр. Именно такую форму имеют распределенные положительные и отрицательные заряды в молекуле воды. Группируясь, тетраэдры молекул Н₂О образуют разнообразные пространственные и плоскостные структуры. И из всего многообразия структур в природе базовой, судя по всему (пока лишь не точно доказанное предположение), является всего одна - гексагональная (шестигранная), когда шесть молекул воды (тетраэдров) объединяются в кольцо. Изучить строение этих образующихся полимеров воды оказалось довольно сложно, поскольку вода - смесь различных полимеров, которые находятся в квазиравновесии между собой. Сталкиваясь друг с другом, полимеры переходят один в другой, разлагаются и вновь образуются.

При этом динамически образованные слои Н₂О, заряженные или сильно поляризованные, структурно конформируют, то есть пространственно дробятся ("раскалываются") и могут переносить некие объемные заряды, то есть формируют разнообразные кластеры.

В 1993 году группа исследователей из Калифорнийского университета (г. Беркли, США) под руководством доктора Р.Дж.Сайкалли расшифровала строение тримера воды, в 1996 г.- тетрамера и пентамера, а затем и гексамера воды. В настоящее время установлено, что жидкая вода состоит из полимерных ассоциатов (кластеров), содержащих от трех до шести молекул воды. Формирование гигантских кластеров воды размерами (~1-3мкм) из нанокластеров происходит, очевидно, из-за группирования вокруг «центров» роста новой фазы нанокластеров. Движущей силой данного процесса может быть дисперсионное взаимодействие, либо условия кластерообразования при волновом их движении (образование сепаратрисных петель при этом).

Гигантские гетерофазные кластеры воды (ГГК) агрегируются в более сложные протяженные образования, построенные по фрактальному принципу, что обеспечивает определенную текстуру воды и водных растворов индивидуально для каждого состава. Цепочки из ГГК определенным образом ориентированы в пространстве. Более того, ряд данных указывает на то, что они образуют спиральные структуры с определенным шагом и направлением закрутки спирали по часовой стрелке. Это как раз и есть следствие колебательного движения кластеров воды. Данные кластеры, безусловно, являются нелинейными колебательными динамическими системами. Изменение состояния таких систем во времени описывает инвариантное предельное минимально возможное множество траекторий системы - аттрактор. Именно это мы в своих работах постоянно и утверждаем.

Таким образом, в воде возникают стабильные кластеры, которые несут в себе очень большую энергию и информацию высокой плотности. Макромолекулярные "кванты воды" взаимодействуют за счет свободных водородных связей, торчащих наружу из вершин "кванта".

Стохастические орбиты кластерных частиц, формирующиеся в водной среде, являются следствием химических реакций заряженных кластеров, образующихся при взаимодействии, например, макромолекул воды в процессе ее агрегации. Известно, что для подобных кластерных систем бичастичные взаимодействия не характерны, запрещены. При этом обязательно должна появиться третья частица (как правило, легкоподвижная), которая диссипирует (размазывает) энергию по объему системы структурно определенным образом, тем самым делая эту структурную организацию энергетически наиболее выгодной.

Механизм формирования третьих кластеров - это, прежде всего диссоциативно-диспропорциональное разрушение (расщепление) гигантских макромолекул воды. Так как при этом формируются относительно небольшие (осколочные) кластеры, имеющие заряд, то они начинают перемещаться в пространстве среды по определенным линиям тока (совершать колебательные, например, а также иные движения), которые задаются в системе некими стохастическими потенциалами в узкой области пространства, где равновесие не достигается.

Формирование неких пространственных структур кластерных частиц объясняется работой, производимой так называемым рэтчет-потенциалом. Причем эти пространственные кластерные структуры в гелевой среде с углеграфитовыми пластинами формируют специфические рэтчет-потенциалы в некотором гелевом пространстве. Эти потенциалы индуцируют диффузионное движение, обеспечивающее переход системы через существующие энергетические барьеры. Поэтому рэтчет-потенциал определяет стохастические внешние силы или, в общем случае, стохастические изменения реакций кластерных объектов в условиях такого перехода. При этом подразумевается и некий элемент нарушения симметрии для выбора направленного движения броуновских кластеров.

Выделяют прототип рэтчета, различающийся профилем потенциальной энергии, то есть "мигающий" рэтчеты, когда инициируется выплеск нанокластеров. Такие потенциалы формируются только на поверхности графитовых включений и вызывают конформерные полимеризационо-пептизационные различия макромолекул оксигидрата и изменением характера и объемов их ДЭС. С течением времени формируются изменения рассматриваемых конфигураций оксигидратных кластерных макромолекул, что отмечается в появлении специфичных потоковых нанокластеров.

Поверхностный заряд БМ (бактериальной микрофлоры) создается полярными головками фосфолипидов, гликопротеидами (главным образом карбоксильными группами сиаловой кислоты и аминокислотными остатками). За счет этих веществ поверхность БМ заряжается отрицательно. Поверхностный заряд плазмолеммы играет важнейшую роль, так как он способствует стабилизации мембранных структур, а также связыванию ионов, находящихся в межклеточной среде, что определяет внутриклеточные обменные процессы. Резкое изменение поверхностного заряда БМ за счет взаимодействия с заряженными кластерами воды и их адсорбцией на поверхности приводит к разрушению процессов метаболизма бактерий и их гибели (Сухарев Ю.И., Пролубникова Т.Н. Отображение псевдокристаллической симметрии кластеров воды в оксигидратах d- и f- элементов. Бутлеровские сообщения. 2010. Т. 23. №14, С.1-15.)

Полимерные фрагменты оксигидрата алюминия формируют на своей поверхности систему двойных электрических слоев. В результате дрейфа коллоидных кластеров (в том числе нанокластеров) к поверхности пластин 10 и их адсорбции на графите между пластинами 10 возникает разность потенциалов. При этом поток ионных кластеров, возникающий при разрушении двойного электрического слоя макромолекул (ДЭС) перезаряжает цитоплазму болезнетворных бактерии (бактериальную реакционую среду), затрудняя ее жизненную функцию, прекращает жизнедеятельность бактерий.

Для дезодорации, фторирования или интенсификации процесса фильтрования, растворы и суспензии которых готовят на специальных установках.

Осветление воды заканчивается ее фильтрованием на скорых фильтрах 11, при ее фильтровании достигается сразу требуемая степень осветления.

Фильтры заполнены кварцевым песком с зернением 0,4-1 мм, гравием с зернением 2-32 мм.

При последующем фильтровании воды из нее извлекаются тонкодиспергированные и коллоидные примеси. На этом заканчивается осветление и обесцвечивание обеззараженной воды. Осветленная вода поступает в камеру 12 адсорбции, заполненную активированным углем с зернением 0,5-5 мм для дополнительной очистки питьевой воды. В водовод после камеры 12 адсорбции вводится обеззараживающее вещество - гипохлорит натрия, содержащий до 19% активного хлора в количестве 3-5 мг/л. Далее обеззараженная чистая питьевая вода направляется в резервуар чистой воды 13.

В таблице 1 приведены показатели воды для трех примеров.

Преимущество обработки воды поляризационным током самоорганизации углеграфитовых электродов в сравнении с обработкой ультрафиолетовым облучением в том, что через 50 минут облучения погибает вся патогенная флора.

Преимущество обработки воды поляризационным током самоорганизации углеграфитовых электродов в течение 50 минут заключается в том, что поляризационные токи уничтожают не только вегетативные, но и споровые формы микроорганизмов и не изменяют органолептические свойства воды. Поляризационные токи самоорганизации углеграфитовых электродов поражают только живые клетки, не оказывая воздействия на химический состав воды.

Поляризационные токи самоорганизации углеграфитовых электродов обладают бактерицидным эффектом, достаточным для первичного обеззараживания воды, и не порождают вторичного загрязнения воды. Поляризационные токи самоорганизации углеграфитовых электродов оказывают синергетический эффект в сочетании с другими методами очистки воды, не вызывая образование опасных токсичных соединений.

Таким образом, сочетание воздействия поляризационных токов самоорганизации углеграфитовых электродов, реагентной и сорбционной обработки воды позволяет решить основные задачи очистных сооружений по подготовке питьевой воды без крупных капитальных вложений и использования сложного и экологически опасного оборудования.

Переход к обработке воды поляризационными токами самоорганизации углеграфитовых электродов не требует значительных капитальных затрат и остановки работы водопроводной станции, соблюдения исключительных мер техники безопасности и охраны окружающей среды, высокой квалификации обслуживающего персонала.

Использования гипохлорита натрия для обеззараживания воды позволяет избежать эксплуатационных трудностей при работе с токсичным газом, сохраняя все достоинства хлорирования.

Применение в качестве флокулянта полидадмаха вместо полиакриламида снижает опасность воздействия очищенной воды на организм человека, так как по классу опасности является малоопасным веществом, в то же время обеспечивает высокую скорость флокуляции коллоидных частиц загрязнителей, позволяет существенно уменьшить нагрузку на механические фильтры и значительно увеличить ресурс их работы (длительность фильтроцикла).

Применение сорбентов позволяет значительно повысить эффективность очистки воды по показателям: цветности, перманганатной окисляемости (ПМО), содержания органических веществ.

Как видно из данных, приведенных в таблице 2, качество питьевой воды не уступает качеству прототипа, а по некоторым показателям превосходит, самые лучшие показатели у второго образца очищенной воды.

В предлагаемой заявке на изобретение повышается эффективность очистки воды, а именно повышается качество питьевой воды экономичным и экологически безвредным методом, простым в аппаратурном оформлении, за счет того что, бактериальное обеззараживание исходной воды осуществляют первичным хлорированием гипохлоритом натрия, содержащим до 19% активного хлора в количестве 0,9 - 1,3 мг/л., поляризационным током самоорганизации углеграфитовых электродов в оксигидратной среде алюминия в течение 50 минут с реагентной обработкой коагулянтом-сульфатом алюминия в количестве 1,8-2,5 мг/л, в качестве флокулянта используют органический коагулянт полидадмах серии FLOQUAT FL 45 в количестве 0,1-0,4 мг/л, вторичным хлорированием гипохлоритом натрия, содержащим до 19% активного хлора в количестве 3-8 мг/л.

Таблица 1     Содержание по примерам Наименование компонентов прототип 1 2 3 Флокулянт, мг/л Полиакриламид ПОЛИДАДМАХ 0.05 0,1 0,25 0,4 Воздействие тока, мин   30 40 50 Обеззараживание: гипохлорит натрия, мг/л Двукратное, 8 мг/л Первичное 0,9 Вторичное 3 Первичное 1,1 Вторичное 4 Первичное 1,3 Вторичное 5 Осветление. Пенопластиковые кубики или Вспененный полистирол + + + + Фильтрование. Кварцевый песок, мм Гравий, мм. 0,3-1,5 2-32 0,3-1,5 2-32 0,3-1,5 2-32 0,3-1,5 2-32 Сорбция. Гранулированный активированный уголь, мм 0,5-5 0,5-5 0,5-5 0,5-5

Таблица 2 Показатели Физико-механические свойства   Цветность в градусах Мутность в мг/дм³ Прозрачность, % ОМИ Коли-индекс, кол/л Перманга-натная окисляемость, мг (О₂)/дм Железо, Мг/дм³ Образцы исходной воды               1 48 0.6 67 30 7000 1.54 0.05 2 45 2.6 63 35 6000 1.26 0.06 3 37 1.8 66 10 1000 4.2 0.15 Очищенная вода               1 15 2 60 1 5 0.54 0.05 2 1 3 50 0 <3 0.3 0.01 3 3 3 50 0 <3 0.32 0.16

Изобретение может быть использовано для очистки природных поверхностных и подземных вод при получении питьевой воды. Для осуществления способа проводят осветление пропусканием воды через слой пенопластовых кубиков или вспененный полистирол, фильтруют через кварцевый песок с крупностью зерен 0,3-1,5 мм и гравий от 2 до 32 мм. Проводят сорбцию на гранулированном активированном угле с крупностью зерен 0,5-5 мм и обеззараживание исходной воды первичным хлорированием гипохлоритом натрия, содержащим до 19% активного хлора в количестве 0,9-1,3 мг/л. Затем воду обрабатывают поляризационным током самоорганизации углеграфитовых электродов в оксигидратной среде алюминия в течение 50 минут с реагентной обработкой коагулянтом-сульфатом алюминия в количестве 1,8-2,5 мг/л и флокулянтом ПОЛИДАДМАХ серии FLOQUAT FL 45 в количестве 0,1-0,4 мг/л. Далее проводят вторичное хлорирование гипохлоритом натрия, содержащим до 19% активного хлора в количестве 3-5 мг/л. Способ обеспечивает повышение эффективности очистки воды и получение качественной питьевой воды экономичным и экологически безвредным методом, простым в аппаратурном оформлении. 1 ил., 2 табл.

Способ получения питьевой воды, включающий бактериальную обеззараживающую обработку исходной воды, реагентную обработку коагулянтом-сульфатом алюминия и флокулянтом, в котором осветление осуществляют пропусканием воды через слой пенопластовых кубиков или вспененный полистирол, фильтрование осуществляют через кварцевый песок с крупностью зерен 0,3-1,5 мм и гравий от 2 до 32 мм, сорбцию осуществляют на гранулированном активированном угле с крупностью зерен 0,5-5 мм, по крайней мере однократное хлорирование гипохлоритом натрия, содержащим до 19% активного хлора, отличающийся тем, что бактериальное обеззараживание исходной воды осуществляют первичным хлорированием гипохлоритом натрия, содержащим до 19% активного хлора в количестве 0,9-1,3 мг/л, поляризационным током самоорганизации углеграфитовых электродов в оксигидратной среде алюминия в течение 50 минут с реагентной обработкой коагулянтом-сульфатом алюминия в количестве 1,8-2,5 мг/л, в качестве флокулянта используют органический коагулянт ПОЛИДАДМАХ FLOQUAT FL в количестве 0,1-0,4 мг/л, вторичным хлорированием гипохлоритом натрия, содержащим до 19% активного хлора в количестве 3-5 мг/л.